Dijital koruma röleleri tesis edilerek elektrik sistemi güvenilirliğinin arttırılması amaçlanan bir endüstriyel tesisin incelenmesi

i ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR

Bu tez çalışmasında genel olarak bir endüstriyel tesisin elektrik sisteminin güvenilirliği incelendi. Güvenilirliği arttırmaya yönelik kullanılan dijital koruma rölelerinin seçimi ve uygulama şartları çalışmamın ana hatlarını oluşturmaktadır. Tez çalışmasında hedeflenen amaç, benzer bir uygulamayı kendi tesisinde yapmayı planlayan meslektaşlarıma gerçekçi bir örnek sunmaktır.

Tez çalışması sırasında her konuda beni destekleyen, sabrını ve bilgisini esirgemeyen, tezimin öğrenmek ve öğretmek amaçlı olması gerektiğini bana idrak ettiren danışmanım Sayın Yrd.Doç.Dr. CANAN PERDAHÇI’ya teşekkür ederim.

Çalışmamda Tüpraş İzmit Rafinerisi Proje Müdürlüğü elektrik enstruman departmanında kendi yürüttüğüm Rafineri SCADA Sisteminin Genişletilmesi ve Yeni Koruma Röleleri Eklenmesi projesinin büyük katkısı olmuştur. Çalışma süresi içerisinde bana bu imkanı sağlayan TÜPRAŞ ailesine, Sayın CANER DÖNMEZ ve Sayın HİCRAN GÜRÜN’e teşekkür ederim.

ii İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR……….……….……..i İÇİNDEKİLER……….……..………ii ŞEKİLLER DİZİNİ………...iv TABLOLAR DİZİNİ……...………..……...v SEMBOLLER………vi ÖZET…………...……….……….….vii İNGİLİZCE ÖZET……...………..viii 1. GİRİŞ………...………...1

2. İZMİT RAFİNERİSİ GENEL BİLGİLER……….3

2.1.Tüpraş ve İzmit Rafinerisi………..………...…..3

2.2.Tesisin Elektrik Altyapısı……….5

2.2.1.Tesis içi elektrik dağıtım sisteminin tanıtımı………..…….5

2.2.2.Üniteler bazında elektrik dağıtım sisteminin tanıtımı……….……….6

2.2.3.Mevcut koruma sistemleri……….7

2.3.Rafineride Karşılaşılan Elektriksel Problemler……….………….………..9

3. RAFİNERİ ELEKTRİK SİSTEMİ GÜVENİLİRLİĞİNİN ARTTIRILMASI AMACIYLA DİGİTAL KORUMA RÖLELERİ TESİS EDİLMESİ…………..….10

3.1.Digital Koruma Rölelerinin Fonksiyonları……….…………..………..….10

3.1.1.50, 50N : Anlık aşırı akım rölesi………..………….12

3.1.2.51,51N : Zamana bağlı AC aşırı akım rölesi……….………….13

3.1.3.67, 67N:Zamana bağlı yönlü AC aşırı akım rölesi…………..…………16

3.1.4.46 : Ters faz veya faz balans akım rölesi…….………...…….18

3.1.5.66 : Motor restart rölesi……....……….……….……20

3.1.6.48 : Incomplete sequence relay (starting time supervision)……..…………22

3.1.7.87 : Diferansiyel koruma rölesi……….………..23

3.1.8. 27: Düşük gerilim rölesi ve 59:Aşırı gerilim rölesi………..29

3.1.9.64 (59N) : Toprak koruma rölesi ………31

3.1.10.25 : Senkron-check rölesi……….………..…32

3.1.11.49 : Motor veya trafo sıcaklık rölesi……….………...33

3.1.12.81 : Frekans rölesi………35

3.1.13.50BF : Kesici arıza koruması………..………..37

3.1.14. 74 : Alarm rölesi……….………..….39

3.1.15.86 : Kilitleme rölesi………..………..……40

3.1.16.Enerjilendirme sınırlama rölesi ………41

3.1.17.Soğuk yük açma koruması……….……41

3.2.Kullanılan Rölelerinin Koruma Fonksiyonlarının belirlenmesi…………..….43

3.3. Digital Koruma Rölelerinin Ölçmesi İstenilen Bilgiler……….43

3.4. Digital Koruma Rölelerinin Takılacağı Sistem Elemanları………..44

3.5.Rafinerinin Çeşitli Noktalarına Tesis Edilecek Dijital Koruma Rölelerinin Ko o rd ina syo nu n S ağ la n ma sı……… … ………... ………56

3.5.1.Röle koordinasyonu amacıyla SIEMENS tarafınd an yapılan selektivite ça lış m… … ……… ……… …… ……… …… ………… ……… …… ………. .58

iii

3.5.1.2.Rö le koordinasyo nu………..……58

3.5.1.3.Koordinasyon kriterleri………...…….………...……..62

3.6.Kullanılacak Dijital Koruma Rölesi Tiplerinin Belirlenmesi………..…...……67

3.6.1.Local kontrollü çok fonksiyonlu koruma rölesi 7SJ64……….……..67

3.6.1.1. Genel çalışma……….………..……….67

3.6.1.2.Uygulama kapsamı………...………71

3.6.1.3.Özellikleri………...……74

3.6.2.Diferansiyel koruma rölesi 7UT613………..………...…….80

3.6.2.1.Genel çalışması……….………80

3.6.2.2.Uygulama alanları………..………...83

3.6.2.3.Karakteristiği………...…………..….………86

3.6.3.Kablo diferansiyel rölesi 7SD 610………92

3.6.3.1.Genel Çalışma...92

3.6.3.2.Uygulama kapsamı………..………...………95

3.6.3.3.Genel özellikleri……….………..………….99

3.6.4.Gerilim frekans rölesi 7RW600………..………...103

3.6.4.1.Genel çalışma………..………103

3.6.4.2.Gerçekleştirilen fonksiyonlar………..………….105

3.7. Sistem Ekipmanlarında Hangi Tip ve Hangi Fonksiyonlara Sahip Koruma Röleleri Kullanıldı……….…………...………..106

4. RÖLELERİN UZAKTAN İZLENMESİ……….108

4.1.Rölelerin SCADA Sisteminden İzlenmesi………..………108

4.1.1.Rölelerin SCADA Üzerinden İzlene Bilmesi İçin RTU Tesisi……….110

4.2. Rölelerin User Interface Üzerinden İzlenmesi………..……..111

4.3.Bazı Rölelerin İzin Verilen Uzaktan Kontrol Fonksiyonu ile Müdahale İmkanı………..…111

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER………..…………...….119

KAYNAKLAR……….……120

EKLER……….…….122

KİŞİSEL YAYINLAR VE ESERLER……….…………...…...123

iv ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 3.1: Sabit zamanlı aşırı akım koruması………13

Şekil 3.2: Ters zaman aşırı akım rölesi……….14

Şekil 3.3: Açma zaman eğrileri………15

Şekil 3.4: Yönlü aşırı akım korumasının yön karakteristiği……….16

Şekil 3.5: Kompanze edilmiş şebekelerde cosinüs ölçümü ile yön tayini…………17

Şekil 3.6: Negatif bileşen korumasında sabit zaman karakteristiği………..19

Şekil 3.7: Negatif bileşen korumasında ters zaman karakteristiği………20

Şekil 3.8: Motor Start-up Sıcaklık Zaman İlişkisi………21

Şekil 3.9: Motor kalkış akımı için ters zaman karakteristiği………..23

Şekil 3.10: Diferansiyel korumanın temel prensip şeması………24

Şekil 3.11: Dört uçtan sağlanan diferansiyel koruma şeması………...…24

Şekil 3.12: Diferansiyel röle ve arıza karakteristiklerinin çalışması……….25

Şekil 3.13: Kalkış sırasında açma akımının yükseltilmesi………27

Şekil 3.14: Generatör ve motor diferansiyel korumasında akım yönleri………….28

Şekil 3.15: Tek faz bara koruması………28

Şekil 3.16: Gerilim trafosu kaynak tarafında iken oluşan tipik bir arıza profili……30

Şekil 3.17: Gerilim trafosu yük tarafında iken oluşan tipik bir arıza profili ……….31

Şekil 3.18: Giriş hücresinde senkron-check……….32

Şekil 3.19: Kuplaj hücresinde senkron-check………33

Şekil 3.20: Kesici arızası korumasının prensip fonksiyon şeması………..….37

Şekil 3.21: Akım akışının izlenmesi ile yapılan 50BF korumasının lojiksel gösterimi………38

Şekil 3.22: Kesici kontakları kullanılarak yapılan 50BF koruması lojiksel göster…38 Şekil 3.23: Bir arızanın normal ve 50BF koruması ile temizlenme süreci………….39

Şekil 3.24: İki adet “binary input” ile düzenlenen açma devresi kontrolü………..39

Şekil 3.25: Tek “binary input” ile düzenlenen açma devresi kontrolü……….40

Şekil 3.26: “Cold Load Pickup” zaman sıralaması………...42

Şekil 3.27: 10R-6 şalter odası ve hücreler………...45

Şekil 3.28: Plant 25 ve Plant 36 şalter odası ve hücreler………47

Şekil 3.29: Plant 5-6-7 ve 8 şalter odası ve hücreler………..48

Şekil 3.30: Plant 47-48 şalter binası ve hücreler……….….50

Şekil 3.31: Plant 26 şalter binası ve hücreler……….51

Şekil 3.32: Plant 9 şalter binası ve hücreler………....54

Şekil 3.33: 34,5kV şalter binası ve hücreler………55

Şekil 3.34: Sayısal, Çok Fonksiyonlu 7SJ621/622 Cihazının Donanım Yapısı…..68

Şekil 3.35: 7SJ623, 7SJ624 ve 7SJ64 sayısal, çok fonksiyonlu koruma cihazlarının donanım yapısı………69

Şekil 3.36: 7UT61 rölesi temel yapısı……….80

Şekil 3.37: Diferansiyel koruma 7SD610'un donanım yapısı………93

Şekil 4.1: RTU ile Power CC SCADA sistemi arası altyapı……….……110

v TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 2.1: Tesiste bulunan dağıtım istasyonları………..6

Tablo 2.2: Tesiste bulunan koruma röleleri………...8

Tablo 3.1: ANSI koruma kodları ve açıklamaları…………...………10

Tablo 3.2: 10R-6A ve 10R-6 Şalter binalarında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar……… .44

Tablo 3.3: Plant 25 ve Plant 36 şalter binalarında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar………46

Tablo 3.4: Plant 5-6-7 ve 8 şalter binalarında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar………48

Tablo 3.5: Plant 47-48 şalter binasında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar...49

Tablo 3.6: Plant 26 şalter binasında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar……50

Tablo 3.7: Plant 33 şalter binasında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar……51

Tablo 3.8: Plant 9 şalter binasında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar……..52

Tablo 3.9: 34,5kV şalter binasında dijital koruma rölesi takılacak ekipmanlar…….55

Tablo 3.10: Ünitelerin kısa devre seviyeleri………59

Tablo 3.11: Ünitelerin bara dayanım zamanları………...60

Tablo 3.12: Baralardaki röle açma zamanları………65

Tablo 4.1: 10R-6A şalter binası……….…112

Tablo 4.2: Plant 25-36 şalter binası………...113

Tablo 4.3: Plant 5-6-7-8 şalter binası……….…113

Tablo 4.4: Plant 47şalter binası………..114

Tablo 4.5: Plant 26 şalter binası………..…115

Tablo 4.6: Plant 33 şalter binası………..115

Tablo 4.7: Plant 9 şalter binası……….116

vi SEMBOLLER W : Güç değeri V : Gerilim değeri Hz : Frekans değeri DC : Doğru akım A : Akım değeri S : Saniye Tp : Zaman çarpanı t : Reset zamanı

Ip : Açma akımı ayar değeri

I2 perm prim : Motorun izin verilebilir ters yönlü akım değeri Inom motor : Motor nominal akımı

ICT sec : Akım trafosunun ikincil nominal akımı ICT prim : Akım trafosunun birincil nominal akımı

restart : Uygun restar sıcaklık eşik değeri kR : k faktörü

Istartup : Startup akımı

I MOT Nom : Motor nominal akımı T Start Max : Maksimum startup zamanı τR : Rotorun termal zaman değeri

ncold : Soğuk şartlarda izin verilebilir startup sayısı Kısaltmalar

SCADA :Supervisory Control and Data Acquisition TÜPRAŞ : Türkiye Petrol Rafinerileri Anonim Şirketi

DİTAŞ : Deniz İşletmeciliği ve Tankerciliği Anonim Şirketi İPRAŞ : İstanbul Petrol Rafinerisi Anonim Şirketi

SEDAŞ : Sakarya Elektrik Dağıtım Anomim Şirketi ANSI : American National Standarts Institute

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineer IEC : International Electrotechnical Commission AC : Alternatif Akım

DC : Doğru Akım

RTD : Resistance Temperature Dedector GM/KM/G/K : Pompa ve kompresör

TML : Trafo(Orta Gerilimden Düşük Gerilime) THM :Trafo(Yüksek Gerilimden Orta Gerilime) TMM : Trafo(Orta Gerilimden Orta Gerilime) MS : Orta Gerilim Şalt

MMS : Orta Gerilimden Orta Gerilime Şalt HS : Yüksek Gerilim Şalt

MCC : Motor Kontrol Merkezi OTK : Otomatik Tekrar Kapama

vii

DİJİTAL KORUMA RÖLELERİ TESİS EDİLEREK ELEKTRİK SİSTEMİ GÜVENİLİRLİĞİNİN ARTTIRILMASI AMAÇLANAN BİR ENDÜSTRİYEL

TESİSİN İNCELENMESİ

İbrahim Halil CAN

Anahtar Kelimeler: Güvenilirlik, Dijital Koruma Rölesi, Enerji Kalitesi, Rafineri Özet:Uygulama kapsamında bir endüstriyel tesisteki, sırasıyla dijital koruma rölelerine olan gereksinim, tesisin mevcut durumu, dijital koruma rölelerinin koruma fonksiyonları, kullanılan röle tipleri, uygulamanın yapıldığı ekipmanlar ve rölelerin uzaktan izlenmesi incelenmiştir.

Büyük ölçekli bir endüstriyel tesisin verimli ve kesintisiz bir şekilde çalışabilmesi için elektrik alt yapısının sağlam olması gerekmektedir. Güvenilir olmayan elektrik alt yapısı, zamansız elektrik kesintilerine neden olabilir. Bu kesintiler tesisin işletilmesine darbe vuracağı gibi büyük ölçekli maddi kayıplara da neden olabilir. Tesisin elektrik sistemini güvenilir hale getirmek, işletme, bakım ve enerji kalitesi yönünden önemli avantajlar sağlamaktadır.

İncelenen endüstriyel tesiste, bu amaçla yapılan dijital koruma rölesi tesis edilmesi ve bu rölelerin SCADA üzerinden izlenmesi yöntemiyle enerji kalitesinin ve elektrik sisteminin güvenilirliğinin arttırılmasına yönelik bir uygulama incelenmiştir.

Bu çalışmada elektrik altyapısını dijital koruma röleleri tesis ederek daha güvenilir hale getirmeyi amaçlayan büyük ölçekli bir endüstriyel tesisin röle koordinasyonu incelenmiştir.

Röle koordinasyonu planlanırken, tesisteki tüm elektriksel ekipmanlara ait parametreler ve farklı işletme koşulları bir bütün olarak değerlendirilmelidir. Tesisin işletme ve arıza durumları için kritik koşulları belirlenmeli, arıza anında tesise zarar vermeden gerekli açma yapılmalıdır. Bu sebeplerle, doğru selektivite çalışmasının yapılmış olması gereklidir. Bu kapsamda, daha önce tesisin bir bölümü için yapılmış olan bu röle koordinasyon çalışmaları, tesiste kullanılan IEC 255-3, ANSI röle ve kesici markalarını veri tabanında bulunduran PSS SINCAL® programı ile tesisin bütününe yapılmıştır.

Sonuç olarak, arıza simülasyonları yardımıyla en uygun koordinasyon tespit edilmiştir.

viii

AN ANALYSIS FOR UPGRADING THE POWER SYTEM RELIABILITY IN AN INDUSTRIAL PLANT BY USING DIGITAL PROTECTION RELAYS

İbrahim Halil CAN

Keywords: Reliability, Digital Protection Relay,Power Quality, Refinery

Abstract:In this study, the requirement for digital protection relays, current status of the industrial plants, protective functions of digital protection relays, relay types, electrical equipments and remote monitoring relays were examined in industrial plants respectively.

Large-scale industrial plants must be robust in order to operate efficiently without interruption of power network. Unreliable electrical network can cause unexpected power interruptions. Interruptions may damage to operate the plants and these may also cause significant financial losses. Making reliable the electrical system of the plants provides important advantages in terms of operation, maintenance and power quality.

In industrial plants considered in this study, it has been examined that application of using digital protection relays and power relays with the method of monitoring via SCADA system is efficient method to increase the power quality and reliability.

In this study, the relay coordination of a large scale industrial plant of which the electrical system is intended to be made reliable by establishing digital protection relays was examined.

Own parameters of plant’s electrical equipments and different operating conditions shall be considered as a whole, when the relay coordination is planned.Moreover, critical conditions of operating and fault status shall be determined and essential trip shall be done by digital protection relays during the fault moment so as not to bring any damage to the plant.For these reasons, accurate selectivity studies are required to be made.In this context, these coordination studies which were also made for a part of plant previously, have been made for all units of plant via using PSS SINCAL® program which includes in its own database all IEC 255-3, ANSI relays and brakers in the plant.

As a result, optimum relay coordination was confirmed with the method of fault simulation.

1

1. GİRİŞ

Günümüzde endüstriyel tesislerin sürdürülebilir bir üretime sahip olmasını sağlayan en önemli faktörlerden biri de tesisin elektriğinin kesilmeden ve kaliteli bir şekilde sağlanıyor olmasıdır. Hem tesisin kendi bünyesinden kaynaklanan hem de bağlı olduğu ulusal şebekeden kaynaklanan arızalar nedeniyle yaşanan zamansız elektrik kesintileri tesisin üretimine darbe vurmaktadır. Yaşanan elektrik kesintilerinin ciddi maddi külfetleri olmaktadır. Dolayısıyla tesiste ne kadar az elektrik kesintisi yaşanırsa maddi kayıp o derece az olur.

Elektrik kesintilerinin ciddi problem olmasının bir diğer nedeni ise üretim anında yaşanan kesintinin ekipmanlara zarar verebilecek olması ve bu zarar nedeniyle ekipmanın tamamen çalışamaz veya tamire muhtaç hale gelecek olmasıdır. Eğer tesiste arızalanan ekipmanın yedeği bulunmuyorsa, doğacak zarar birkaç kat daha artabilmektedir.

Yaşanan teknolojik gelişmelerin paralelinde büyük endüstriyel tesisler de elektrik sistemlerinin güvenirliğini arttırmak amacıyla altyapılarını yenilemektedirler. Tesisin elektrik sistemi güvenirliğini arttırmak amacıyla motor, trafo ve giriş-çıkış-kuplaj hücrelerine dijital koruma röleleri tesis edilmesi verilebilecek en iyi örneklerden biridir. Dijital koruma rölelerine atanan koruma fonksiyonları ile farklı gerilim seviyelerine ve geniş bir dağıtım altyapısına sahip büyük endüstriyel tesislerde uygun selektivite çalışması ile yüksek seviyede koruma sağlamakla birlikte bu ekipmanların arıza ve ölçme bilgilerini ana merkezdeki SCADA sistemine taşımasıyla efektif şekilde kullanılmakta ve tesisin güvenirliğini maximize etmektedir.

Ayrıca rölelerden alınan arıza kayıt bilgileri ile koruma yapılan ekipmanın arıza karakteristiği çıkarılabilmekte ve geleceğe dönük olası arıza riskleri tahmin edilebilmektedir.

Bu çalışmaya referans teşkil eden endüstriyel tesiste kuruluşundan itibaren elektrik altyapısı zamanının en yüksek teknolojisine sahip koruma ekipmanları kullanılmış

2

olmasının yanında tesisin birçok motor, trafo, giriş-çıkış ve kuplaj hücrelerinde dijital koruma röleleri bulunmamaktadır.

3 2. İZMİT RAFİNERİSİ GENEL BİLGİLER 2.1. Tüpraş ve İzmit Rafinerisi

Tüpraş, yıllık 28,1 milyon ton’luk rafinaj ve 50 bin ton’luk petrokimya kapasitesinin yanı sıra (% 40 paya sahip olduğu) Opet ve (% 79,98 pay ile) DİTAŞ ortaklıklarıyla yarattığı katma değer ve cirosuyla ülkemizin en büyük sanayi şirketidir [1].

Bugün hem pazar payı hem kurumsal güvenilirliği hem de üretim kompleksleri ve ortaklıklarıyla entegre petrol şirketine dönüşen Tüpraş'ın kökleri, 1961 yılında Amerikan Caltex tarafından kurulan İPRAŞ'a (İstanbul Petrol Rafinerisi A.Ş.) kadar uzanmaktadır. Kamu İktisadi Teşekkülleri’nin daha verimli çalışmalarını sağlamak amacıyla yapılan düzenlemeler kapsamında, İPRAŞ ve kamuya ait diğer 3 rafineri, 1983 tarihinde Tüpraş çatısı altında toplanmıştır.

Tüpraş'ın iş çeşitlemesinde ilk adım olarak görülen, 2001 yılındaki Petkim Yarımca Tesisleri'nin satın alınması, rafinaj sektörünün ihtiyaç duyduğu genişleme projelerine hazır altyapı oluşturması açısından büyük önem taşımaktadır.

Rafinerilerin teknik derecelendirilmesinde kullanılan önemli bir gösterge olan Nelson Kompleksite Endeksi'ne göre Tüpraş'ın mevcut rafineri kompleks itesi hali hazırda Fransa'nın Akdeniz kıyılarındaki rafinerilerinin kompleks itelerine eşittir. Tüpraş'ın halen 7,25 düzeyinde olan rafineri kompleksitesi, 5,95 olan Akdeniz Rafineri Kompleksitesi'nin üzerindedir.

Tüpraş'ın % 79,98'ine sahip olduğu DİTAŞ, bir ham petrol tankeri, bir ürün tankeri ve petrol taşımacılığındaki deneyimi ile Tüpraş'ın operasyonlarında önemli bir yere sahiptir. Tüpraş'ın lojistik ihtiyacını sağlayan bu bağlı ortaklığa, 27 Aralık 2006 tarihi itibariyle bir yenisi eklenmiştir. Opet Petrolcülük A.Ş.'nin % 40 oranındaki Aygaz A.Ş.'ye ait hisselerinin, 380 milyon ABD doları bedelle satın alınması yoluyla Tüpraş, piyasanın ihtiyaç ve taleplerini daha yakından takip etmeyi ve daha hızlı yanıt vermeyi planlamaktadır. Sektörün en hızlı büyüyen şirketi konumunda olan Opet, Tüpraş'ın vizyonu doğrultusunda hizmet alanını genişletme stratejisinin önemli

4

bir parçası olarak kabul edilmektedir. Opet'le başlanan dikey entegrasyon Tüpraş'ın uzun vadeli risklerini minimize ederken, Tüpraş'ın uluslararası arenada küresel oyuncu olmasını kolaylaştıracaktır.

Uzun yıllar bir Kamu İktisadı Teşlekkülü olarak Türkiye'ye hizmet veren Tüpraş'ın tarihinde, 10 Temmuz 1990 tarihinde T.C. Başbakanlık Özelleştirme İdaresi Başkanlığı'na devredilmesi önemli bir dönüm noktası olmuştur.

Özelleştirme planı çerçevesinde, 1991 yılında Tüpraş'ın birinci halka arzı gerçekleştirilmiş ve sermayesinin % 2,5'i oranında A grubu hisse senedi halka arz edilmiştir. 1999 yılı sonuna kadar Tüpraş hisselerinin yaklaşık % 3,58'i İstanbul Menkul Kıymetler Borsası'nda işlem görmekteydi.

2000 yılı Nisan ayında Tüpraş hisselerinin ikinci halka arzının tamamlanmasıyla İstanbul ve Londra Menkul Kıymetler Borsalarında işlem gören A grubu hisselerin toplam sermayeye oranı % 34,24'e yükselmiştir. 4 Mart 2005 tarihinde Tüpraş hisselerinin % 14.76'sı İMKB Toptan Satışlar Pazarı'nda uluslararası fonlara satılmış ve halka açıklık oranı % 49'a yükselmiştir.

2005 yılı, Tüpraş'ın bundan sonraki geleceği için hayati öneme sahip olayların gerçekleştiği bir yıl olmuştur. O tarihe kadar kamuya ait olan % 51 oranındaki hissenin blok satışı için ÖİB tarafından 12 Eylül 2005 tarihinde yapılan ihaleyi, 4 milyar 140 milyon ABD doları ile Koç-Shell Ortak Girişlim Grubu kazanmış ve Özelleştirme Yüksek Kurulu, 7 Kasım 2005 tarih ve 2005/1128 sayılı kararı ile ihale sonucunu onaylamıştır. Koç Holding 26 Ocak 2006 tarihinde Hisse Satış Sözleşmesi’ni imzalayarak hisse devrini gerçekleştirmiştir.

ÖİB ihale şartnamesinin gereği olarak, Tüpraş hisselerini devralmak üzere kurulan Enerji Yatırımları A.Ş.'nin ortaklık yapısı, Koç Holding A.Ş.% 75, Aygaz A.Ş.% 20 , Opet Petrolcülük A.Ş. % 3, Shell Overseas Investment B.V. % 1,9 ve The Shell Company of Turkey Ltd. % 0,1 dağılımıyla belirlenmiştir. Türkiye'nin ikinci büyük terminal ve depolama kapasitesine sahip Opet ile pazardaki üstün konumunu pekiştiren Tüpraş, özellikle kendi rafinerilerinin uzak olduğu Doğu Karadeniz ve Doğu Akdeniz bölgelerindeki pazar da dahil olmak üzere, Türkiye'nin her noktasını kapsar hale gelmiştir.

5 2.2. Tesisin Elektrik Altyapısı

2.2.1. Tesis içi elektrik dağıtım sisteminin tanıtımı

Tesisin elektrik üretim kapasitesi 85MW maksimum tüketimi 57MW olup aynı zamanda otoprodüktör lisansına sahiptir. Tesisin kendi elektrik enerjisi ihtiyacının tamamını veya bir kısmını üretiminden karşılayabilecek olmasının yanında, enterkonnekte şebekeye bağlı olması nedeniyle ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisini dışarıdan da karşılayabilmektedir. Tesisin kendi elektriğini üretmesinin amacı, üretilen elektriği ticari amaçla dışarı satmaktan çok, tesisin elektrik ihtiyacını karşılayabilecek alternatifleri oluşturmaktır. Tesisin tek hat şemasından da anlaşılacağı gibi tüm baraların çift beslemesi vardır. Enerji kapalı şalt istasyonundan 11kV ve 3.3kV gerilim seviyelerindeki 3 tali dağıtım istasyonuna dağıtılmaktadır. Bu 6 tali dağıtım istasyonu da 14 tali istasyona dağıtım yapmaktadır. Tali dağıtım istasyonlarının gerilim seviyeleri 11kV veya 3.3kV’dur. Motor, trafo, giriş çıkış veya kuplaj hücrelerinde dijital koruma röleleri bulunmakla beraber bu röleler tesisin kuruluşundan itibaren farklı zamanlarda ve farklı modellerde tesis edilmiştir.

Tesis bünyesinde kullanılan gerilim seviyeleri 34.5kV, 11kV, 3.3kV 380V ve 220V’tur. 11kV ve 3.3kV gerilim seviyeleri 3 faz, 3 damar, 50Hz’dir. 380V gerilim seviyeleri 3 faz, 3 veya 4 damar, 50Hz’dir. 220V gerilim seviyeleri 1 faz, 2 damar, 50Hz’dir [2].

Ayrıca rafineri bünyesinde kullanılan ekipmanların gerilim seviyeleri aşağıdaki gibidir:

1000kW üstü motorlar: 11kV, 3 Faz, 50 Hz.

112kW üstü motorlar: 3300V, 3 faz, 50Hz.

112kW ve altı motorlar: 380V, 3 faz, 50Hz.

Aydınlatma ana beslemeleri: 380V 3 faz veya 220V 1 faz, 4 damar, 50Hz.

Aydınlatmalar: 220V, 2 veya 3 damar, 50Hz.

6

Saha prizleri: 220V, 3 damar, 50Hz.

Prizler: 220V, 3 damar, 50Hz.

Enstruman beslemeleri: 220V 50Hz veya 24V DC 2 damar.

Tesis 2 adet 34,5kV hat ile enterkonnekte şebekeye bağlıdır. Rafineri ihtiyacı olan elektriği kendi üretiminden karşılayabilecek olmasına rağmen enterkonnekte şebekeye (SEDAŞ) bağlı olmasının nedeni hem bir otoprodüktör olması hem de kendi elektrik üretiminde meydana gelebilecek aksaklıklar, arızalar sonucu oluşacak elektrik enerjisi arzı eksikliğini enterkonnekte şebekeden karşılayabilecek olmasıdır.

2.2.2. Üniteler bazında elektrik dağıtım sisteminin tanıtımı

Tesisin 34,5kV iletim hattı ile enterkonnekte şebekeye bağlıdır. 34,5kV öncelikle 11kV veya 3,3kV’a indirilmekte sonrasında 3,3kV dan 380V’a indirilmektedir. Ünitelerin ihtiyaçlarına göre 11kV, 3.3kV ve 380V gerilim seviyeleri kullanılmaktadır. Ayrıca tesisin elektrik üretim gerilim seviyesi 11kV’tur. Tesiste bulunan dağıtım istasyonları tablo 1’de gösterilmektedir.

Tablo 2.1: Tesiste bulunan dağıtım istasyonları

Dağıtım İstasyonu Gerilim Seviyesi Beslendiği Bara

1 9HS-1 KAPALI ŞALT 34,5kV TEK-2

2 9MMS-1 SUBSTATION 11kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

3 9MMS-2 SUBSTATION 11kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

4 9MMS-3 SUBSTATION 11kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

5 10R-102A SUBSTATION 3,3kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

6 10R-6A SUBSTATION 3,3kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

7 10R-18A SUBSTATION 3,3kV 9HS-1 KAPALI ŞALT

8 PLANT-5-6-7-8 SUBSTATION 3,3kV 9MMS-1 SUBSTATION

9 PLANT-21-25-36 SUBSTATION 3,3kV 9MMS-1 SUBSTATION

10 9MS-1 SUBSTATION 3,3kV 9MMS-1 SUBSTATION

11 PLANT-6 SUBSTATION 3,3kV 9MS-1 SUBSTATION

12 PLANT-73-74 SUBSTATION 3,3kV 10R-102A SUBSTATION

13 10R-102 SUBSTATION 3,3kV 10R-102A SUBSTATION

14 PLANT-33 3,3kV 10R-102A SUBSTATION

15 10R-6 SUBSTATION 3,3kV 10R-6A SUBSTATION

7

Tablo 2.1: “(Devam)” Tesiste bulunan dağıtım istasyonları

17 47MMS-1 SUBSTATION 11kV 9MMS-2 SUBSTATION

18 47MS-1 SUBSTATION 3,3kV 47MMS-1 SUBSTATION

19 10MS-1 SUBSTATION 3,3kV 9MMS-3 SUBSTATION

20 63MMS-1 SUBSTATION 11kV 9MMS-3 SUBSTATION

21 63MS-1 SUBSTATION 3,3kV 63MMS-1 SUBSTATION

Yukarıda ki tabloda da belirtildiği gibi tesis bünyesindeki orta gerilim baraları azımsanmayacak kadar çok olup 380V baralarda hesaba katıldığında tesisin geniş bir alanda birçok şalt binasını izlemesinin elektrik altyapısının güvenirliği açısından ne denli faydalı olduğu anlaşılmaktadır.

Ayrıca tesisin tek hat şemasına Ek-A nolu dosyadan bakılabilir. Tek hat şemasından korunması düşünülen ekipmanlar görülebilmektedir.

Lütfen Ek-A’ya bakınız.

2.2.3. Mevcut koruma sistemleri

Tesiste dijital koruma röleleri kullanılmasının yanında eski teknolojili mekanik koruma röleleri de kullanılmaktadır. Bu mekanik röleler bu tezde incelenen çalışma ile yenilenmektedir. Ayrıca bu çalışma ile tesisin bütün elektrik altyapısını kapsayacak SCADA sistemi kurulacaktır. Bununla beraber tesisin güvenirliğini arttırmak ve gerekli anlarda baraları devreden çıkarmak için yük atma sistemi mevcuttur.

Tesiste bulunan koruma röleleri tablo 2.2’de bulunduğu ünite, marka ve modeline göre gösterilmektedir. Tablodan da anlaşılacağı gibi tesiste farklı marka ve modellere ait koruma röleleri bulunmaktadır.

Yapılacak çalışma ile güvenli olmayan koruma röleleri SIEMENS marka dijital koruma röleleri ile değiştirilecek bununla birlikte koruma rölesi bulunmaya ekipmanlara da SIEMENS marka dijital koruma rölesi takılacaktır.

8

Tablo 2.2: Tesiste bulunan koruma röleleri

Ünite Adı Röle İsmi

Röle

Markası Röle Yapısı 9MMS-1

CDG ve CDG66 Mekanik

IMM7990 CEE Digital

7SJ64 SIEMENS Digital

25-36

RMS 7992 CEE Digital

CDG66 Mekanik

P&B Golds P&B Mekanik

5-6-7-8 7SJ64-7UT613 SIEMENS Digital

9MS-1 CDG ve CDG66 Mekanik

P&B Golds P&B Mekanik

26 CDG ve CDG66 Mekanik

P&B Golds P&B Mekanik

10R-102A

ABB SPAJ140C-111C- 115C-110C-SPAD330CSPAU130C-

110CSPAM150C

ABB Digital

ABB REF542plus ABB Digital

10R-102 7SJ62 SIEMENS Digital

10R-6A 7SJ62 SIEMENS Digital

10R-6 7SJ62 SIEMENS Digital

33 ABB SPAJ140C-111C –

SPAM150C ABB Digital

73-74 Schneider SEPAM SCHNEIDER Digital

10R-18A AREVA MICOM 127 / 225 AREVA Digital

10R-8 AREVA MICOM 127 / 225 AREVA Digital

9MMS-2 7SJ64-7UT613-

7UM62-7SD610 SIEMENS Digital

47MMS-1 7SJ64-7UT613-

7SD610 SIEMENS Digital

47MS-1 7SJ64 SIEMENS Digital

9MMS-3 ABB REF542plus ABB Digital

63MMS-1 ABB REF542plus ABB Digital

63MS-1 ABB REF542plus ABB Digital

10MS-1 7SJ64 ABB Digital

9HS-1

CDG66 Mekanik

ABB SPAJ140C-111CSPAU330C ABB REF542plus

ABB Digital

9

2.3. Rafineride karşılaşılan elektriksel problemler

Rafineride karşılaşılan elektriksel arızalar, kısa devreler ve açmalar hem tesis içinden kaynaklı hem de tesis dışından kaynaklı olabilir. Bara kısa devreleri, motor arızaları, yük atma sistemin de yaşanan aksaklıklar, bus-tie arızaları, tesis dışından kaynaklı darbeler, voltaj yükselmesi ve düşmesi tesiste yaşanan başlıca problemlerdir.

10

3. RAFİNERİ ELEKTRİK SİSTEMİ GÜVENİLİRLİĞİNİN

ARTTIRILMASI AMACIYLA DİJİTAL KORUMA RÖLELERİ TESİS EDİLMESİ

3.1. Dijital Koruma Rölelerinin Fonksiyonları

Koruma rölelerinin fonksiyonları ABD de endüstriyel standartları hazırlayan ve yayınlayan özel bir şirket olan ve kısaca ANSI olarak anılan Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (American National Standarts Institute) tarafından standartlaştırılmış ve koruma fonksiyonlarının her birine bir kod verilmiştir. Fonksiyon tanımları IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) standartlarından veya 2008 yılı C.37.2 nolu Amerikan Standartlarından alınmıştır.

Tablo 3.1: ANSI koruma kodları ve açıklamaları

Kod Numarası Açıklama

1 Master Element

2 Time Delay Starting or Closing Relay

3 Checking or Interlocking Relay

4 Master Contactor

5 Stopping Device

6 Starting Circuit Breaker

7 Rate of Change Relay

8 Control Power Disconnecting Device

9 Reversing Device

10 Unit Sequence Switch

11 Multi-function Device

12 Overspeed Device

13 Synchronous-speed Device

14 Underspeed Device

15 Speed - or Frequency, Matching Device 16 Data Communications Device (see note 5)

17 Shunting or Discharge Switch

18 Accelerating or Decelerating Device

19 Starting to Running Transition Contactor

20 Electrically Operated Valve

21 Distance Relay

22 Equalizer Circuit Breaker

23 Temperature Control Device

24 Volts Per Hertz Relay

25 Synchronizing or Synchronism-Check Device

11

Tablo 3.1: “(Devam)” ANSI koruma kodları ve açıklamaları

27 Undervoltage Relay

28 Flame Detector

29 Isolating Contactor or Switch

30 Annunciator Relay

31 Separate Excitation Device

32 Directional Power Relay

33 Position Switch

34 Master Sequence Device

35 Brush-Operating or Slip-Ring Short-Circuiting Device 36 Polarity or Polarizing Voltage Devices

37 Undercurrent or Underpower Relay

38 Bearing Protective Device

39 Mechanical Condition Monitor

40 Field (over/under excitation) Relay

41 Field Circuit Breaker

42 Running Circuit Breaker

43 Manual Transfer or Selector Device

44 Unit Sequence Starting Relay

45 Abnormal Atmospheric Condition Monitor 46 Reverse-phase or Phase-Balance Current Relay 47 Phase-Sequence or Phase-Balance Voltage Relay

48 Incomplete Sequence Relay

49 Machine or Transformer, Thermal Relay

50 Instantaneous Overcurrent Relay

51 AC Inverse Time Overcurrent Relay

52 AC Circuit Breaker

53 Exciter or DC Generator Relay

54 Turning Gear Engaging Device

55 Power Factor Relay

56 Field Application Relay

57 Short-Circuiting or Grounding (Earthing) Device

58 Rectification Failure Relay

59 Overvoltage Relay

60 Voltage or Current Balance Relay

61 Density Switch or Sensor

62 Time-Delay Stopping or Opening Relay

63 Pressure Switch

64 Ground (Earth) Detector Relay

65 Governor

66 Notching or Jogging Device

67 AC Directional Overcurrent Relay

68 Blocking or "Out-of-Step" Relay

69 Permissive Control Device

70 Rheostat

71 Liquid Level Switch

72 DC Circuit Breaker

73 Load-Resistor Contactor

74 Alarm Relay

75 Position Changing Mechanism

12

Tablo 3.1: “(Devam)” ANSI koruma kodları ve açıklamaları

77 Telemetering Device

78 Phase-Angle Measuring Relay

79 AC Reclosing Relay

80 Flow Switch

81 Frequency Relay

82 DC Reclosing Relay

83 Automatic Selective Control or Transfer Relay

84 Operating Mechanism

85 Communications,Carrier or Pilot-Wire Relay

Kodların yanına yazılan N harfi nötr bağlantısını simgeler. Örneğin; 59N toprak aşırı gerilim. X,Y ve Z harfleri yardımcı ekipmanları simgeler. G harfi toprağı simgeler. Örneğin; 51G toprak aşırı akım açmayı gösterir. Yukarda belirtilen fonksiyonların sadece bir kısmı dijital koruma rölelerinde kullanılmıştır. Kullanılan koruma fonksiyonları, korunacak elektriksel ekipmanın tipine göre belirlenmektedir [3,4].

3.1.1. 50, 50N : Anlık Aşırı Akım Rölesi (Intantaneous overcurrent)

Akım, ayarlanan değerin üstüne çıktığında kasıtlı bir zaman gecikmesi verilmeden oluşturulan açmayı sağlayan anlık aşırı akım olarak tanımlanan korumadır. Korunan devrede bir kısa devre olduğunu ve çok büyük akıma ya da akım artış oranına sahip olduğunu ifade eder. Bu fonksiyon, rölelerde selektif 3 faz akımlarının ölçümüne dayanır. Röleler, genelde sabit 2 adet zaman kademesine sahiptir. Akımın eşik değeri oldukça geniş bir aralıkta kontrol edilebilir. Yöne bağlı olmayan bir aşırı akım koruması tek bir kaynaktan beslenen radyal şebekeler ya da açık çevrim çalışan sistemler için uygundur. Ayrıca hat, transformatör, generatör, motor ve bara diferansiyel korumalarında back-up koruma olarak da kullanılabilir. 50 sayısı, kısa devre faz-faz korumasını, 50N ise faz-toprak korumasını ifade etmekle beraber karakteristikleri birbirinden bağımsız programlanabilir.

SIEMENS Siprotec 7SJ62/64 rölelerde 50 fonksiyonunun ayar aralığı aşağıdaki gibidir:

Inom=1A => 0.01A aralıkla 0.1A’den 35A’e kadar Inom=5A => 0.01A aralıkla 0.5A’den 175A’e kadar.

13

50N fonksiyonu ise aşağıdaki ayar aralığına sahiptir.

Inom=1A => 0.01A aralıkla 0.05A’den 35A’e kadar Inom=5A => 0.01A aralıkla 0.25A’den 175A’e kadar.

Şekil 3.1: Sabit zamanlı aşırı akım koruması [5]

Zaman gecikmesi her iki fonksiyon için de 0.01s aralıkla 0-60s aralığında ayarlanabilir. 50, 50N fonksiyonları için Siprotec röleleri, ayar akımının 2 katında yaklaşık 30ms,10 katında yaklaşık 20 ms algılama gecikmesine sahiptir [5,6].

3.1.2. 51,51N : Zamana Bağlı AC Aşırı Akım Rölesi (AC Time Overcurrent)

AC giriş akımı, önceden belirlenen değeri aştığında çalışan cihazı ifade eder. Performans aralığının oldukça büyük bir bölümünde giriş akımı ve çalışma zamanı ters orantılıdır. Akımın eşik değeri ve zaman gecikmesi oldukça geniş bir aralıkta kontrol edilebilir. Akım değeri, ayarlanan değerin 1.1 katına ulaştığında sistem arızayı görür. Yöne bağlı olmayan bir aşırı akım koruması tek bir kaynaktan beslenen radyal şebekeler ya da açık çevrim çalışan sistemler için uygundur. Ayrıca hat, transformatör, generatör, motor ve bara diferansiyel korumalarında back-up koruma olarak da kullanılabilir. 51 koruması otomatik tekrar kapama yapan sistemler tarafından (79) bloklanabilir.

(A)

14

Şekil 3.2: Ters zaman aşırı akım rölesi [5]

51 sayısı, aşırı akım faz-faz korumasını, 51N ise faz-toprak korumasını ifade etmektedir ve karakteristikleri birbirinden bağımsız programlanabilir.

SIEMENS Siprotec 7SJ62/64 rölelerde 51 fonksiyonunun ayar aralığı aşağıdaki gibidir.

Inom=1A => 0.01A aralıkla 0.1A’den 4A’e kadar Inom=5A => 0.01A aralıkla 0.5A’den 20A’e kadar. 51N fonksiyonu ise aşağıdaki ayar aralığına sahiptir.

Inom=1A => 0.01A aralıkla 0.05A’den 4A’e kadar Inom=5A => 0.01A aralıkla 0.25A’den 20A’e kadar.

Zaman gecikmesi her iki fonksiyon için de;

IEC eğrileri için => 0.01s aralıkla 0.05-3.20s aralığında

ANSI eğrileri için => 0.01s aralıkla 0.5-15s aralığında ayarlanabilir. IEC’ye göre açma zaman eğrileri ve formülasyonu aşağıdaki gibidir.

(A)

15

Şekil 3.3: Açma zaman eğrileri [5]

A tipi _{B tipi}

16

Burada t reset zamanını, Tp zaman çarpanının değerini, I arıza akımını ve Ip açma akımının ayar değerini göstermektedir. Bu denklemlerde açma zamanları I/Ip ≥ 20 için I/Ip =20 ile aynıdır. Sıfır bileşen akımları için Ip ve Tp yerine 3I0p ve T3I0p değerleri okunmalı, toprak arızası için Ip ve Tp yerine ise Iep ve TIEp değerleri okunmalıdır. Algılama eşiği yaklaşık 1.1xIp değeridir [5,6].

3.1.3. 67, 67N Zamana Bağlı Yönlü AC Aşırı Akım Rölesi (Directional time-overcurrent protection)

Akımın, önceden belirlenen doğrultuda, belirlenen akım değerini aştığında çalışan cihazı ifade etmektedir. Yönlü koruma, koruma koordinasyonunun, hata akımının büyüklüğü ile birlikte yönüne de bağlı olduğu durumlarda kullanılmaktadır. Zamana bağlı yönsüz aşırı akım koruması bu durumla örtüşen bir backup koruma olarak ayarlanabilir veya pasif konuma geçirilebilir. Yönlü korumada zaman karakteristiği, sabit veya ters zaman karakteristikli olarak ayarlanabilir. Tek bir kaynaktan beslenen paralel hatlar ve trafolar yalnızca yönlü koruma ile selektif olarak korunabilir. İki kaynaktan beslenen hat bölümleri veya ring yapıda çalıştırılan hatlarda zamana bağlı aşırı akım koruması yön kriteri ile desteklenmek zorundadır. Yönlü faz ve toprak koruması bağımsız fonksiyonlardır. Yönsüz koruma elemanları ile paralel bir çalışma sergilerler. Açma akımları ve gecikme zamanları birbirinden bağımsız ayarlanabilir. Sabit zaman ve ters zaman karakteristikleri mevcuttur. Açma karakteristiği ±180° döndürülebilir.

Şekil 3.4: Yönlü aşırı akım korumasının yön karakteristiği [5]

Geri

İleri

Kapasitif Endüktif

17

Toprak arızası korumasında kullanıcı, yönün belirlenmesi için, negatif sistem ya da sıfır sistem bileşenlerinden birini seçebilir. Çok düşük sıfır sistem gerilimlerin oluştuğu uygun olmayan sıfır bileşenlerin varlığında, negatif sistem bileşenlerinin kullanımı avantaj sağlayacaktır.

Nötrü izole ya da kompanze edilmiş şebekelerde sıfır bileşendeki yük akışının yönü, sıfır bileşen akımı I0 ve sıfır bileşen gerilimi V0 ile hesaplanır.

Şekil 3.5: Kompanze edilmiş şebekelerde kosinüs ölçümü ile yön tayini [5]

Nötrü izole şebekelerde reaktif akım bileşeni hesaplanır. Kompanze edilmiş şebekelerde ise aktif akım bileşeni ve artık dirençsel akım hesaplanır. 67, 67N fonksiyonları için Siemens Siprotec röleleri, ayar akımının 2 katında yaklaşık 45ms, 10 katında yaklaşık 40 ms algılama gecikmesine sahiptir. Diğer özellikleri kısaca aşağıdaki gibidir [5,6].

Faz ve toprak arızası için;

İleri Yön sahası => Vref,rot ± 86° Güç faktörü cos

düzeltmesi =%15

18

Referans gerilimi Vref,rot dönüşü => -180°’den +180°’ye 1°’lik artışlarla.

3.1.4. 46 : Ters Faz veya Faz Balans Akım Rölesi

(

Çok fazlı devrelerde, faz akımları ters faz bileşenlerine sahip olduğunda ya da faz akımları dengesiz olduğunda ya da negatif faz bileşen akımları ayarlanan değeri geçtiğinde çalışan cihazı tanımlamaktadır. Bu koruma, motor korumasında şebeke asimetrisinden dolayı oluşan faz arızalarını veya yük dengesizliklerini ölçerek, rotorları izin verilemeyecek ısı artışlarından korumayı amaçlamaktadır. Hat korumasında ise, transformatörün yüksek gerilim tarafındaki yüksek dirençli faz-faz arızalarının ve trafonun düşük gerilim tarafındaki yüksek dirençli faz-toprak arızalarının tanımlanmasına izin verir. Bu da transformatörün ötesinde yüksek dirençli arızalar için backup koruması sağlar. Motorlara uygulanan negatif bileşen koruması özel bir öneme sahiptir. Dengesiz yükler, üç fazlı indüksiyon motorlarında ters dönen alanlar oluşturmaktadır ve bu alanlar iki kat frekansta rotorda rol oynamaktadır. Rotor yüzeyinde “eddy” akımları oluşur ve bu akımlar rotor uçlarında ve boşluklarda bölgesel aşırı ısınmalara neden olur. Bu durum özellikle sigorta ve vakum kontaktörün serilenmesi ile korunan motorlarda kendisini göstermektedir. Sigortaların tek faz çalışmasından dolayı, motorun toplam tork ihtiyacı değişmeyeceğinden darbeli ve küçük torklar üretilmeye başlanır ve bu da termal olarak zorlanmalar oluşturur. Buna ek olarak dengesiz kaynak gerilimi termal aşırı yük riskini de oluşturmaktadır. Küçük negatif bileşen reaktansından dolayı, küçük gerilim simetrisizlikleri bile büyük negatif bileşen akımlarının oluşumuna neden olabilir. Bunlara ek olarak bu koruma, kesintileri, arızaları ve akım trafolarının polarite problemlerini belirlemek için de kullanılabilir. Ayrıca maksimum yük akımından düşük, tek faz ve iki faz arızaların belirlenmesi için de oldukça uygundur. Açma düzensizliklerini önlemek için, negatif bileşen koruması sadece bir faz akımı nominal değerinin 0.1 katına ulaştığında ve tüm faz akımları nominal akım değerlerinin 4 katından düşük olduğunda etkinleşmektedir. Negatif bileşen korumasında hem sabit zaman hem ters zaman karakteristiği kullanılabilir.

19

Birçok uygulama için tanımlı bulunan mevcut açma ayarları ve gecikme ayarları genelde yeterli olmaktadır ancak izin verilen sürekli yük dengesizliği ve zamanı üretici tarafından bildirilmişse bu veriyi kullanmak daha doğru olacaktır. Ancak bu durumda makinanın primer değerlerini kullanıp röleye girerken sekonder değerlere dönüştürmek gerekir.

I2=

I2 perm prim

INom Motor

·INom Motor·

ICT sec

ICT prim

(3.1)

I2 perm prim : Motorun izin verilen ters yönlü akım değeri Inom motor : Motor nominal akımı

ICT sec : Akım trafosunun ikincilnominal akımı ICT prim : Akım trafosunun birincil nominal akımı

Dengesiz yük koruması, fider ve kablo sistemleri korunurken, yönlü ya da yönsüz aşırı akımların açma değerlerinden düşük asimetrik arızaların belirlenmesinde kullanılır [5,6].

Şekil 3.6: Negatif bileşen korumasında sabit zaman karakteristiği [5]

Trip Bölgesi t (s)

20

Şekil 3.7: Negatif bileşen korumasında ters zaman karakteristiği [5]

Negatif bileşen açma ayarı 1A için => 0.10-3.00A Negatif bileşen açma ayarı 5A için => 0.50-15.00A

Zaman gecikmesi ayarı => 0.00-60 saniye

3.1.5. 66 : Motor Restart Rölesi (Notching or Jogging Device -Motor Restart Inhibit)

Bir ekipmanın bir parçası için belirli sayıda çalışmaya izin veren ya da belirlenen sürede belirli ardışık işletme adedine izin veren fonksiyonu tanımlamaktadır. Ayrıca bu cihaz bir devrenin periyodik olarak veya belirli zaman aralıklarında enerjilendirmesini ya da düşük hızlarda mekaniksel pozisyonlama için kesikli hızlanma veya tempolu hızlanmasını da sağlayabilir.

Normalde bir motor rotorunun sıcaklığı, normal işletmede ve artan yük durumunda bile izin verilen maksimum sıcaklığının oldukça altındadır. Bununla beraber, rotorun statora göre oldukça düşük termal zaman sabiti olmasından dolayı, motor kalkışında ihtiyaç duyulan yüksek kalkış akımları rotora termal olarak zarar verebilir. Eğer bir motor ardışık olarak çok fazla çalışıyorsa, rotoru termal aşırı yüke (özellikle

Trip

Şiddetli dengesizlik koruması I2 >> Negatif sekans alarm

sınırı I2 >

Ters zaman elementi

(A) t (s)

21

çubukların üst uçlarında) maruz kalabilir. Rotor sıcaklığı stator akımından hesaplanır. Bu yüzden bu kalkışlar sırasında rotorun termal sınırı aşıldığında, devreden çıkarılan motorun tekrar kapanmasına bloklama uygulanır. Tekrar kapama engellemesi (86), sadece rotor tam kalkış için yeterli termal rezerve sahipse, motora kalkış izni verecektir [5,6].

Şekil 3.8: Motor Start-up Sıcaklık Zaman İlişkisi [5]

Acil motor kalkışı durumunda ise tekrar kapama engellemesi, bir “binary input” yoluyla bloklanabilir.

Bir motorun tekrar devreye alınabilmesi için Θrestart sınırını geçmemesi gerekir.

θ_Restart = IStartup IMotor Nom ·kR 2 · 1-e -ncold -1)·Tstartmax τR _(3.2)

restart : Uygun restar sıcaklık eşik değeri kR : k faktörü

İzin verilen maksimum rotor sıcaklığı

Rotor üst kenar ve alt kenar sıcaklık karekteristikleri

Motor Çalıştırıldı Motor Çalıştırıldı Motor Çalıştırıldı T geri kazanım zamanı T geri kazanım zamanı T geri kazanım zamanı t (s) T (°C)

22

Istartup : Startup akımı

I MOT Nom : Motor nominal akımı T Start Max : Maksimum startup zamanı τR : Rotorun termal zaman değeri

ncold : Soğuk şartlarda izin verilebilir startup sayısı

3.1.6. 48 : Kalkış zamanı süpervizyonu (Incomplete Sequence Relay-Starting Time Supervision)

Normal çalışma, işletme veya durdurma süreci, belirlenen zamanda doğru bir biçimde tamamlanmayan bir cihazı, normal konumuna ya da kapalı konuma döndüren ve kilitleyen cihazdır.

Kalkış zamanı süpervizyonu, aşırı yük torklarında veya aşırı gerilim düşümü durumunda, istenmeyen uzun süreli kalkış durumlarını engellemek ya da rotor kilitli iken kalkışı engellemek için kullanılır. Açma zamanı aşağıdaki formülden hesaplanmaktadır. t= IA I 2 · TA (3.3)

Soğuk ya da sıcak motor durumu için farklı TA açma zamanları girilerek karakteristik optimize edilebilir. Açma zamanı bu formüle göre düzenlendiğinde, uzatılmış kalkışlar ve düşük gerilimler (düşük kalkış akımı) bile doğru olarak değerlendirilecektir. Bloklanmış rotorun tespiti için bir hız sensörü “binary input”a girilebilir. Koruma fonksiyonu sabit zamanlı veya ters zamanlı ayarlanabilmektedir.

Ters zaman karakteristiği rotor bloklanmadığı durumda kullanılmaktadır. Gerilim çökmelerinden oluşan düşük kalkış akımı durumunda, uzun kalkış süreleri hesaplanabilmektedir. Açma karakteristiği, motorun sıcak ya da soğuk durumuna

Akım

Motor kalkış akımı Trip zamanı

Motor kalkış akımı

Motor kalkış akımında trip zamanı (soğuk ve sıcak motorlar için 2 defa)

23

bağlı olarak farklı kalkış sürelerinin kullanımıyla ideal olarak ayarlanabilir. Düz zaman karakteristiği ise rotorun bloklandığı durumda kullanılmaktadır [5,6].

Şekil 3.9: Motor kalkış akımı için ters zaman karakteristiği [5]

3.1.7. 87 : Differential Protective Relay (G / T / M /L –Generator / Transformer / Motor / Line)

İki veya daha fazla akım arasında ya da diğer elektriksel bileşenler arasında açısal, oransal veya diğer nicel farklar oluştuğunda çalışan cihazı tanımlamaktadır. Diferansiyel koruma akım karşılaştırması prensibine dayanmaktadır. Sağlıklı işletmede, korunan cihazın 2 ucunda aynı akım değerini taşıyacağı gerçeğini kullanır. Bu akım, düşünülen koruma alanının bir ucundan girer ve diğer ucundan çıkar. İki uçtaki akımlar arasında oluşan fark, bu bölgede bir arıza olduğunun açık göstergesi olur. Eğer mevcut akım trafosu dönüştürme oranları eşitse, iki taraftaki akım trafolarının sekonder sargıları kapalı bir devre oluşturmak üzere bağlanabilir. Bu durumda elektriksel balans noktasına konulacak bir ölçüm elemanı “0” akımda olacaktır. Bir arıza oluştuğunda ise bu arıza akımı aşağıda “M” ile gösterilen cihazdan akacaktır. Eğer bu akım M elemanı için yeterince büyük olursa güvenilir açma gerçekleşecektir. Bara koruması gibi ikiden fazla bölümün korunması gerektiğinde, M cihazı tüm akımları toplayacak ve sağlıklı çalışmada “0” görecektir. Arıza anında göreceği akım arıza akımıdır.

Trip Zamanı Sıcak motor Soğuk motor 4103 Kalkış Zamanı 4105 Sıcak kalkış Zamanı 1107 Motor Kalkış Akımı

4102 Motor Kalkış Akımı

24

Şekil 3.10: Diferansiyel korumanın temel prensip şeması [5]

Şekil 3.11: Dört uçtan sağlanan diferansiyel koruma şeması [5]

Harici bir arıza oluştuğu durumda, diferansiyel korumanın çalışmaması gerekir. Ancak harici bir arıza durumunda akımlardan biri yön değiştirebileceğinden röle açma komutu üretir. Bu açma komutunun engellenmesi için aşağıdaki yola başvurulur.

IDiff= I₁ + I₂ (3.4)

I_Rest= I

1 + I2 (3.5)

Bu iki akım kontrol edilir. Bir iç arıza durumuna bu iki akım eşittir. Harici bir arızada ise farklılaşır. Bu yüzden iç arızalarda karakteristiğin eğimi, aşağıdaki kesik çizgiler ile gösterilen eğride olduğu gibi 45°’dir.

Korunan Ekipman

Korunan Ekipman

25

Şekil 3.12: Diferansiyel röle ve arıza karakteristiklerinin çalışması [5]

Dahili arızalar için akım trafolarının, yüksek arıza akımları ve/veya uzun sistem zaman sabitleri yüzünden doymaya gitmesi kritik değildir. Çünkü ölçülen değerdeki deformasyon tutma akımında olduğu gibi diferansiyel akımda da vardır. Yukarıdaki karakteristik bu durumda geçerlidir. Elbette açma oluşması için akım yukarıdaki şekilde “a” eşik değerini geçmelidir.

Özellikle iki taraftaki akım trafolarını farklı seviyede doymaya götüren bir harici arıza durumunda ise önemli bir fark akım oluşur. Eğer Idiff/Irest değeri açma bölgesinde oluşursa, açma gerçekleşir. Siprotec 7UT6 röleleri bu fenomenleri yakalayabilen bir doyma göstergesine sahiptir ve bu tür bir durumda ekstra stabilizasyon ölçümleri üretir (add-on stabilization). Yukarıdaki şekil bu tür bir durumu göstermektedir.

Arıza oluştuğunda (A), arıza akımları yükselerek yüksek bir tutma değeri oluşturur (akan akımın yaklaşık 2 katı). Akım trafosu doyduğunda (B) bir fark değeri oluşur ve tutma değeri düşer. Sonuçta Idiff/Irest değeri açma alanına kayabilir (C). Buna karşın bir iç arıza oluştuğunda, işletme noktası (D) arıza karakteristiğine kayar, çünkü tutma

Trip Arıza Karakteristiği Bloklama Doygunluk başlangıcı İstikrar bölgesi (A) (A)

26

akımı zar zor diferansiyel akımın üzerine çıkar. Harici arızalarda akım trafosu doyumu, işletme noktasını açıkca “add-on stabilization” bölgesine çeken yüksek değerdeki öncül tutma akımları ile belirlenir. Doyma göstergesi, arıza oluştuktan sonra ilk çeyrek çevrimde kararını verir. Harici bir arıza belirlendiğinde, diferansiyel koruma ayarlanabilen bir zaman süresince bloklanır. Bu bloklama, işletme noktası arıza karakteristiğine yaklaştığında iptal edilir. Bu durum, akım trafolarını doymaya götüren harici arızada bile, korunan bölgede yavaş gelişen arızaları güvenli olarak tanımlamaya yarar.

Yüksüz trafolar veya şönt reaktörler enerjilendirilirken, yüksek mıknatıslanma (inrush) akımları oluşur. Bu inrush akımları sanki tek uçtan beslenen kısa devreler gibi diferansiyel (fark) değerler oluştururlar. Ayrıca transformatörler parallellenirken, ya da bir güç trafosunun aşırı uyartımı durumunda, artan gerilim ve/veya azalan frekans nedeniyle oluşan mıknatıslanma akımlarına bağlı diferansiyel değerler oluşabilir.

Bir inrush akımı, önemli ölçüde 2. harmonik (nominal frekansın 2 katı) içeren bir akımlar toplamı olarak adlandırılabilir. 2. harmonik, bir kısa devre esnasında neredeyse yoktur. Eğer ikinci harmonik bileşeni, belirlenen eşik değerinin üzerinde ise açma bloklanır. 2. harmoniğin yanında bloklama için farklı bir harmonik de kullanılabilir. Seçim 3. ya da 5. harmonik arasında yapılabilir.

Transformatör demirinin aşırı uyartımı, tek harmonik bileşenlerin varlığı ile karakterize edilir. Bu yüzden 3. ve 5. harmonik mertebeleri, bu fenomeni belirlemek için idealdir. Ancak trafolarda genelde 3. harmonik elimine edildiğinden (üçgen sargı), 5. harmoniğin kullanılması yaygındır.

Diferansiyel akımların fourier analizi için nümerik filtreler kullanılmaktadır. Filtre algoritmaları, geçici durum davranışlarına bağlı olarak optimize edilir. Bu nedenle, dinamik durumlarda stabilizasyon için ekstra ölçüm alınmasına gerek kalmaz.

Harmonik sınırlama fonksiyonu her faz için bağımsız çalıştığından, trafo tek faz arızasına maruz kalsa bile, koruma aktif kalır. Bu durumda sağlıklı fazların birinde

27

inrush akımları oluşabilir. Bu nedenle, sadece sınırlama yapılan fazın yanında diğer fazların da bloklaması ayarlanabilir bir süre için yapılabilir.

Özellikle motorlar için açma akımının yükseltilmesi gerekebilir. Transformatörlerdeki inrush akımlarının tersine, motorlardaki inrush akımları travers (çapraz) akımlardır. Bununla beraber, enerjilenmeden önce akım trafoları farklı remenans mıknatıslanmalar içeriyorsa, diferansiyel akımlar ortaya çıkabilir. Bu yüzden transformatörler histerezis eğrilerinin farklı çalışma noktalarında enerjilendirilirler. Diferansiyel akımlar oldukça küçük olmasına karşın, hassas ayarlanan bir diferansiyel korumada zarar verici olabilirler.

Şekil 3.13: Kalkış sırasında açma akımının yükseltilmesi [5]

Transformatörlerde diferansiyel koruma, dönüştürme oranı, bağlantı grubu ve her iki taraftaki akım trafolarının nominal akımlarına bağlıdır. Bu akımların hesaplanmasında kullanılan matrisler, trafoların topraklama durumları ile değişecektir. Örneğin DYN bir bağlantı grubunda üçgen tarafta sıfır bileşen akımları oluşmazken, topraklanmış tarafta bu akımlar oluşacaktır. Diferansiyel korumada kullanılan faz akımlarının yanlış açma oluşturmaması için, bir algortima ile sıfır bileşenlerin eliminasyonu yoluna gidilir. Ancak bu durumda korumanın hassaslığı

Trip Bloklama Kalkış Karakteristiği Karalı hal karakteristi Pickup artışı

28

zayıflayabilir. Bu yüzden bağlantı tipi de dikkate alınarak karar verilmesi gerekir (örneğin topraklanmamış sistemlerde bu eliminasyon uygulanmaz). Aynı durum topraklı noktadan bir akım bilgisi alındığında da uygulanır. Yani yıldız toprak bağlantısının toprak noktasında akım trafosu varsa, bu akım trafosunun değeri 3 faz’a 1/3 oranında dağıtılır ve sıfır bileşen eliminasyonu uygulanmaz. Generatör ve motorlarda akım trafoları, yıldız noktası bağlantılarında ve uç taraflarındadır. Akım yönleri normalde, korunan cihaz yönünde pozitif kabul edilir.

Şekil 3.14: Generatör ve motor diferansiyel korumasında akım yönleri [5]

Generatör ve motorlarda uygulanan diferansiyel korumada, makinanın yıldız noktasının topraklı olup olmamasının incelenmesi önemli değildir. Harici bir arıza durumunda her iki taraftan ölçülen diferansiyel akımlar aynı kalacaktır. Korunan cihazda meydana gelen arızada ise her zaman bir fark akımı oluşacaktır. Baralarda yapılan diferansiyel korumada, fiderlere ait akım trafoları farklı nominal değerlere sahip olsa da tüm bara için ortak bir nominal akım tanımlanmalıdır. Nominal bara akımı ve tüm fiderlerin nominal akımları röleye girilmelidir. Akım büyüklüklerinin karşılaştırması cihaz içinde gerçekleştirilir. Akım trafoları farklı primer akımlara sahip olsa da akımları uyuşturmak için ekstra bir cihaza ihtiyaç duyulmaz.

29

Siemens Siprotec ailesinden 7UT612, eğer cihaz toplayıcı akım trafoları ile bağlanmışsa, 7 fider çıkışına kadar bara korumasını gerçekleştirebilmektedir. Her fiderdeki akım, bu toplayıcı akım trafosu ile tek faz akımına dönüştürülür. Toplanan akım simetrik değildir ve farklı tip arızalarda farklı tip hassasiyetler oluşur. Tüm bara için ortak bir nominal akım tanımlanmalıdır. Toplayıcı akım trafolarının çıkışı, simetrik nominal bara akımında normalde 100mA olarak dizayn edilir.

Siprotec ailesinde 7UT dışında daha detaylı bara, motor, generatör ve hat korumaları için geliştirilmiş röleler de mevcuttur. Bara korumada 7SS, motor ve generatörlerde 7UM ve hat korumalarında 7SD serisi röleler mevcuttur. Röle seçimi, sistemin yapısı ve ihtiyaç duyulan koruma fonksiyonlarına göre yapılmalıdır [5,6,7,8].

3.1.8. 27: Düşük Gerilim Rölesi (Under Voltage Relay) ve 59: Aşırı Gerilim Rölesi (Over Voltage Relay)

Düşük gerilim rölesi; giriş gerilimi, önceden belirlenen seviyenin altına düştüğünde çalışan cihazı ifade etmektedir. Aşırı gerilim rölesi; giriş gerilimi, önceden belirlenen seviyeyi aştığında çalışan cihazı ifade etmektedir.

Gerilim koruması cihazları aşırı gerilim ve düşük gerilime karşı korur. Aşırı gerilim izolasyon problemlerine neden olurken, düşük gerilim kararlılık problemlerine neden olabilir. Aşırı yüksek gerilimler, uzun iletim hatlarındaki oldukça düşük yüklenme değerlerinde, generatör regülasyonu hatalı ada sistemlerde ya da tüm yükünü kaybeden generatörlerde oldukça sık görülür.

Düşük gerilim koruması ise iletim hatları ve elektrik makinalarındaki gerilim çökmelerini tespit eder ve ilgili noktayı açarak izin verilmeyen işletme şartlarına geçilmesini ve kararlılığın bozulmasını engeller. Gerilim koruması için faz-faz ya da faz-nötr gerilimleri kullanılabilir. Tek faz ya da üç faz koruma mümkündür.

Gerilim koruma fonksiyonu, gerilim trafolarının ilgili kesicinin kaynak ya da yük tarafında olmasına göre farklı davranışlar ortaya koyar. Bir arıza durumunda açan kesici sonrası, kaynak tarafında gerilim aynı kalmasına karşın yük tarafı sıfırlanır.

30

Gerilim kaynağı yok iken, düşük gerilim koruması sürekli açma oluşturacaktır. Bu durumun resetlenmesi için akım ek bir kriter olarak kullanılabilir ve buna akım süpervizyonu denir. Burada en büyük üç faz akımı kullanılır. Kesici açtığında, akım minimum akım değerinin altına düştüğünde, düşük gerilim koruması devre dışı kalır. Frekans değeri ±10% değişimi oluşuyorsa, akım kriteri doğru sonuç vermeyebileceğinden kapatılmalıdır. Tekrar kapama yapan sistemlerde de tekrar kapama düşük gerilim devam ettiği sürece bloklanmaktadır. Gerilim koruması 2 farklı ayar değerine sahiptir. Gerilimin, nominal değerinden sapma oranına bağlı olarak 2 farklı zaman ayarlanabilir [5,6].

Siemens Siprotec rölelerde ayar sahası aşağıdaki gibidir.

Düşük gerilim ayarı (110V için) => 10-210V Yüksek gerilim ayarı (110V için) => 40-260V

27 ve 59 için zaman gecikmesi ayarı => 0.00-100 saniye

Şekil 3.16: Gerilim trafosu kaynak tarafında iken oluşan tipik bir arıza profili [5]

Tekrar kapama engelleme

V<erteleme

31

Şekil 3.17: Gerilim trafosu yük tarafında iken oluşan tipik bir arıza profili (akım süpervizyonu) [5]

3.1.9. 64 (59N) : Toprak Koruma Rölesi - Ground Detector Relay (Displacement voltage-zero sequence voltage)

Bir makina veya bir cihaz aparatının, toprağa karşı izolasyon problemi oluştuğunda çalışan cihazı tanımlamaktadır. Bu fonksiyon, normal şekilde topraklanmış bir güç sistemindeki akım trafolarının sekonder devrelerine bağlı cihazlar için kullanılmaz. Bunun yerine G ve N harfli diğer aşırı akım cihazları kullanılmalıdır (51N gibi) Eğer iki faz-faz gerilimi ve V0 yer değiştirme gerilimi cihaza girilirse, ölçülen yer değiştirme gerilimi toprak arızalarının tanınmasında doğrudan kullanılır, aksi taktirde hesaplanmaktadır. Açma sinyali Kapama sinyali düşüş eşik Akım görüntüleme ayarları Kesici kapama

Minimum kumanda zamanı V<pickup ve akım kriteri birleşmesi

Akım kriteri birleşmesi Akım kriteri birleşmesi

Trip

32

Primer değerlerin görüntülenmesinde aşağıdaki formüller kullanılmaktadır.

VN prim= Vph Vdelta ·

VNom prim

Vnom sec · VN sec (3.6)

3V0 prim=

Vnom prim

Vnom sec

· 3V0sec (3.7)

3.1.10. 25 : Senkron-check Rölesi (Synchronizing or Synchronism-Check Relay)

İki devre arasındaki faz açısı farkı “0” olduğunda kapama için çıkış üreten senkronizasyon cihazıdır. Gerilim ve hız kontrolüne sahip olabilir ya da olmayabilir. Bir senkron-check rölesi, iki farklı devrenin gerilim büyüklüğünün, faz açısının ve frekansın arasındaki farkların belirlenen sınırlar içinde olduğu durumda, iki devrenin paralellenmesine izin veren cihazdır. Bir kesici kapatılırken, iki ucundaki sistemlerdeki gerilim, frekans ve faz açıları farkları kontrol edilerek, sekronizma koşullarının uygun olup olmadığı belirlenebilir.

Şekil 3.18: Giriş hücresinde senkron-check [5]

33

3.1.11. 49 : Motor veya Trafo Sıcaklık Rölesi (Machine or Transformer Thermal Relay)

Bir makinanın rotor (endüvi) sargısının veya bir makina ya da transformatörün diğer yük taşıyıcı sargısının sıcaklığının, önceden belirlenen seviyenin üstüne çıktığında çalışan cihazı ifade etmektedir. Termal aşırı yük koruması, korunan cihazın termal aşırı yüklerden zarar görmesini engellemek için kullanılmaktadır. Koruma fonksiyonu, korunan elemanın termal bir profilini modellemektedir (hafıza kapasitesine sahip aşırı yük koruması). Aşırı yükün ve ortama doğru oluşan ısı kaybının geçmişteki seyri hesaplamaya katılmaktadır. Pratikte termal aşırı yük koruması, motorların, generatörlerin ve transformatörlerin termal durumlarının izlenmesine izin verir. Eğer ek bir termal giriş mevcutsa, termal profil, mevcut ortam sıcaklığını ya da soğutucu sıcaklığını hesaplamaya katabilir.

Kablo ve transformatörlerin korunmasında, sıcaklık ve akım için alarm oluşturabilecek bir elemana sahip aşırı yük koruması uygulanabilir. Sıcaklık, IEC 60255-8’e göre termal homojen yüzey modelini kullanarak hesaplanabilmektedir. Bu model cihaza giren enerjiyi ve enerji kayıplarını hesaba katmaktadır. Hesaplanan bu sıcaklık sürekli olacak şekilde röleye girilebilir. Önceki yük ve yük dalgalanmaları da hesaba katılır. Motorların termal korumasında (özellikle stator) ek zaman sabitleri de ayarlanarak, motor dönerken ve durduğunda termal oranları doğru olarak belirlenebilmektedir. Ortam sıcaklığı veya soğutucu sıcaklığı, harici bir sıcaklık

34

izleme kutusu kullanılarak belirlenebilir (resistance-temperature detector box, also called RTD-box). Aşırı yük fonksiyonunun termal kopyası otomatik olarak ortam koşullarına uydurulur. Eğer RTD-kutucuğu yoksa, ortam sıcaklıklarının sabit olacağı kabul edilir.

Siemens Siprotec cihazları tek-yüzey termal kopyadaki sıcaklığı aşağıdaki formülü kullanarak hesaplamaktadır. dθ dt + 1 τth · θ = 1 τth · I k · Inom obj 2 +θ_u' (3.8)

Θ : İzin verilen maksimum faz akımında son aşırı sıcaklığa bağlı anlık sıcaklık

τ th : Korunan cihazın sıcaklığının termal zaman sabiti I : Faz akımının anlık gerçek r.m.s. değeri

k : Korunan cihazın nominal akımını işaret eden max izin verilen sabit faz akımının k faktörü

I nom obj : Korunan cihazın nominal akımı

Ayrıca Θu’ değerinin hesaplaması da aşağıdaki gibidir.

θ

=

k2 · θ_nom

Θu : Ölçülen ortam sıcaklığı veya soğutma sıcaklığı

Θ Nom : Nominal akımda ki cihaz sıcaklığı

(

Ayarlanan birinci eşik değeri aşıldığında sistem alarm üreterek, gerekli yük azaltımlarının sağlanması için zaman sağlar. İkinci eşik değeri aşıldığında ise korunan eleman sistemden ayrılabilir. Kriter olarak, üç faz akımlarından hesaplanan en yüksek sıcaklık değeri kullanılır. Sistem motor korumasında kullanılırken, motorun durma ve dönme konumlarındaki termal tepkisi doğru olarak hesaplanabilir.